複合フェルミ粒子の超流動に基づく有限密度QCDと冷却原子気体の統一的解明

基于复合费米子超流性的有限密度QCD和冷原子气体的统一阐明

• 批准号: 09J07683
• 负责人: 前田 賢志
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J07683/
• 关键词: 二成分フェルミ原子気体; 中間子凝縮; 双極子・双極子相互作用; スピン密度波; 非相対論的場の量子論; ゲージ場の凝縮; 冷却分子気体; ボソン・フェルミオン混合系; ラージN模型; 複合フェルミオン; 超流動; 磁気双極子相互作用; 有限密度QCD; 冷却原子気体; 誘起相互作用; 対称性の自発的破れ

特別研究員三年目となる今年度は、有限密度QCD物質の特性を冷却原子・分子気体によって間接的に検証するという目的の下、前年度に引き続き冷却原子・分子気体における電気/磁気双極子相互作用をする二成分フェルミ系のモデルを構成し、その詳細な解析を行った。中性子星内部のような核子有限密度系においては、核子と中間子との間の非等方的相互作用の結果、空間的に非一様な中間子凝縮が起こると考えられている。そこで、核子を二成分フェルミ原子(又は分子)、ベクトル型中間子をフォトン(電磁場)に読み替え、磁気(又は電気)双極子型相互作用をするフェルミ原子気体のモデルを構成した。さらに、粒子数密度分布が一次元方向に周期局在化し、スピン密度期待値が反強磁性分布を持つ変分状態(Anti-Ferro Smectic-C,AFSC state)を用いて多体系の変分エネルギー関数を導出した。原子核物理における先行研究ではハートリー近似(平均場近似)による研究しかなされていなかったが、本研究ではフォック項(交換相互作用項)の寄与を算出する事にも成功した。さらに、フォック項の寄与が最大で全体の30%を占める事を示し、定量的に無視できない事を指摘した。そして、AFSC状態(非一様ベクトルボソン凝縮状態)が、自由フェルミ気体状態やフェルミ面変形状態よりもエネルギーが低くなるようなパラメータ領域(密度、結合定数領域)を特定した。また、実際の冷却原子実験における粒子数密度、原子(例えばDy)の磁気双極子モーメントの値、分子(例えばLiCS)の電気双極子モーメントが、このような非一様凝縮を実現する領域にあることを定量的に示した。以上を踏まえ、核子有限密度系における中性ロー中間子の非一様凝縮現象がフェルミ原子気体において模擬実験可能であるという結論を得た。

今年是专项研究的第三年，将继续去年冷原子分子气体中电/磁偶极子相互作用的研究，旨在利用冷原子和分子气体间接验证有限密度QCD材料的性能。我们构建了双组分费米系统的模型，对其进行了操作和详细分析。在核子有限密度系统中，例如中子星内部，人们认为空间不均匀介子凝聚是核子和介子之间各向异性相互作用的结果。因此，我们用双组分费米原子（或分子）代替核子，用光子（电磁场）代替矢量介子，构建了具有磁（或电）偶极型相互作用的费米原子气体模型。此外，我们使用粒子数密度分布在一维方向周期性局域且自旋密度期望值具有反铁磁分布的变分态（Anti-Ferro Smectic-C，AFSC态）来计算导出了多体系统的函数。以前的核物理研究只使用了Hartree近似（平均场近似），但在本研究中我们还成功计算了Fock项（交换相互作用项）的贡献。此外，他还表明Fock项的贡献占总数的30%，并指出其在数量上是不可忽视的。然后，我们确定了一个参数区域（密度、耦合常数区域），其中AFSC态（非均匀矢量玻色子凝聚态）的能量低于自由费米气体态或费米表面变形态。另外，在实际的冷原子实验中，粒子数密度、原子的磁偶极矩（例如Dy）和分子的电偶极矩（例如LiCS）都处于这种非均匀凝聚能够发生的区域。这已被定量地证明。综上所述，我们得出结论：核子有限密度系统中中性罗介子的非均匀凝聚现象可以在费米原子气体中模拟。

项目成果

Simutating Dense QCD Matter with Ultracold Atomic Boson-Fermion Mixtures

用超冷原子玻色子-费米子混合物模拟致密 QCD 物质

• 发表时间: 2010
• 作者: Hikari Suzuki;Rie Togashi;Hisashi Murakami;Yoshinao Kumagai;Akinori Koukitu;前田賢志
• 通讯作者: 前田賢志